JPH0797981B2 - 低水分条件においてスターチを押し出す方法 - Google Patents

低水分条件においてスターチを押し出す方法

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JPH0797981B2
JPH0797981B2 JP4313044A JP31304492A JPH0797981B2 JP H0797981 B2 JPH0797981 B2 JP H0797981B2 JP 4313044 A JP4313044 A JP 4313044A JP 31304492 A JP31304492 A JP 31304492A JP H0797981 B2 JPH0797981 B2 JP H0797981B2
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Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】本発明は、入口供給材料が選ばれた粗粒度
分布を有するスターチを含む、低い総水分レベルにおい
てスターチを押し出す改良方法に関する。この改良押出
方法は、高い製造速度及び良好な加工安定性を与え、よ
り均一なそしてより良好な品質の製品を与える。
【０００２】種々のフィルム、フォーム、食品及び他の
製品を形成するため押出工程においてスターチ材料が用
いられてきた。異なる押出操作に用いられる条件は、製
造される特定の生成物によって大きく異なる。最近、低
水分条件におけるスターチの押出により製造された成形
されたスターチ製品が、1991年７月30日に発行された米
国特許第 5,035,930号に開示された。
【０００３】湿潤粉砕したスターチの押出においてその
小さな粒度のため加工の困難性が見られる。押出機に送
られる水による均一性が悪いこと、供給ゾーンでのスタ
ーチの流動化（すなわち目詰まり）、低い製造速度、及
び押出機バレル内の「デッドゾーン」による押出品に不
均一性（すなわち押出機に充填する際の不均一性）のよ
うな問題が生じた。これらの問題は、特定の用途に必要
な総水分が、スターチの重量を基準として約25重量％以
下のレベルに低下した際に増した。
【０００４】スターチを水分と混合するため、押出の分
野において公知のプレコンディショナー(preconditione
r)の使用は大きな粒度の凝集した材料を与えるが、これ
は水分が少なくとも25％になるまで粒度を高めないの
で、低い水分レベルにおいては有効ではない。粒度を高
める他の方法はいくつか公知であるが、高い水分含量及
び脆い粒子を有する粉末を形成するので低水分押出加工
には通常適用できない。ドラム乾燥及び焼結のようなあ
る方法はスターチをゲル化し、一方フラッシュ及び回転
乾燥のような他の加熱方法は粒度を調節できず、細かい
粉末が得られるので有効ではない。
【０００５】従って、入口供給材料が選ばれた粗粒度分
布を有するスターチを含む、低総水分含量においてスタ
ーチを押し出す改良方法が必要である。
【０００６】本発明により、入口供給材料が、スターチ
の30重量％以上が少なくとも 180ミクロンの粒度を有す
るような粒度分布を有するスターチを含む、約25重量％
以下の低い総水分レベルにおいてスターチを押し出す改
良方法が提供される。
【０００７】本発明の一実施態様において、押出機への
入口供給スターチは連続ベルトドライヤーを用いて、約
25重量％以下の低い水分含量に乾燥され、そしてスター
チの30重量％以上、好ましくは50重量％以上が少なくと
も 180ミクロンの粒度を有するような粒度分布を有す
る。
【０００８】低い総水分条件においてスターチを押し出
す能力が本発明の主要な課題である。総水分（又は水）
含量又は条件とは、入口供給スターチに存在する水分の
量プラス押出機内での加工の間スターチに加えられる水
の量を意味する。本発明において用いられる低い総水分
含量は、スターチの重量を基準として約25重量％以下で
ある。より詳細には、押出機内に存在する総水分の量は
約５〜25重量％、好ましくは約８〜21重量％、より好ま
しくは約13〜19重量％である。本発明の押出法において
用いられる入口スターチ供給材料は、スターチの重量を
基準として25重量％以下、特に15重量％以下、好ましく
は約12重量％以下、より好ましくは10重量％以下の水分
を有する。入口供給スターチの好ましい範囲は、スター
チの重量を基準として約５〜12重量％の水分である。総
水分含量を所望のレベルにするため押出機に水を加えて
もよい。
【０００９】本発明の押出法に用いるに必要な粒度分布
を有するスターチ供給材料を得るため、本発明の一実施
態様において選ばれたスターチ材料が連続ベルトドライ
ヤーを用いて乾燥される。この方法において、スターチ
材料は、例えば30〜50％固体の水性スラリー内に分散さ
れ、次いで回転真空フィルターに送られ、湿ケーキ（例
えば40〜50％水分）を形成する。このケーキは破壊さ
れ、スターチチャンクを形成し、これはドラムから動い
ているコンベヤーに送られ（重力による落下）、ドライ
ヤー又はオーブンを通過し、所望の水分レベルに乾燥さ
れる。乾燥後、ドライヤーを出て、重力によりオーガー
に落下し、さらに運ばれ、貯蔵ホッパーに入れられる。
粉砕、微粉砕もしくは他の砕解工程は必要なく、押出機
に直接用いられるようにするに適した水分含量と共に必
要な粗い粒度分布を有する生成物と共に用いられる。
【００１０】回転真空フィルター上に形成するスターチ
ケーキは当該分野において公知の異なる方法により取り
出される。そのような方法の１つは、平行なストリング
をフィルターのまわりにきつく締め、ディスチャージロ
ール上に通し、そしてロールを戻す、ストリングディス
チャージの使用を含む。フィルターが回転すると、ケー
キが形成し、ストリングを覆う。ディスチャージポイン
トにおいてストリングはドラムを正接面に残し、ケーキ
を布から持ち上げる。ストリングがディスチャージロー
ルを通過すると、方向が突然変化し、ケーキがストリン
グから離れ、重力により落下する。次いでストリングは
整列しているコームを通過し、リターンロールによりド
ラムに戻される。
【００１１】スターチケーキの水分を低下させるために
本発明の一実施態様において用いられたドライヤーは、
材料がコンベヤー上で長いドライヤー、ヒーターもしく
はオーブンを通過する連続ベルトもしくはコンベヤード
ライヤーである。これは、熱が例えばスチームコイルに
より加熱される熱ガスからの対流により伝達される直接
加熱ドライヤーである。乾燥オーブン内で、材料はま
ず、例えば約 165°F(73℃）の低温で加熱され、次いで
約 200〜 260°F(93〜 127℃）のより高い温度ゾーンに
移され、その後約 120°F(49℃）の冷却ゾーンに移され
る。この非破壊法におけるスターチの乾燥もオーブンを
通過する速度により調節され、その速度は通常約 0.5〜
2ft/min(0.15〜0.61m/min)であり、又は工業的な製造に
おいては約2000〜4000lbs/hr(907〜1814kg/hr)である。
【００１２】押出加工において望ましいことがわかった
スターチ供給材料の粗粒度分布は、スターチの少なくと
も約30重量％が 180ミクロンより大きい粒度を有する、
すなわち標準80メッシュスクリーン(U.S.Sieve Series)
を通過しないものである。好ましくは、スターチの少な
くとも約50重量％は 180ミクロンより大きい粒度を有す
る。通常これは、スターチ又はスターチの少なくとも選
ばれた部分が 180ミクロンより大きいサイズを有するも
のであり、スクリューコンベア供給機によるような、押
出機へ供給されることを可能にする十分なサイズを有す
るものである。典型的には、スターチ粒度は約 840〜20
00ミクロン(10 〜20メッシュ) である。
【００１３】本発明において有効な出発スターチ材料は
種々のスターチのいずれであってもよい。そのようなス
ターチは、トウモロコシ、ジャガイモ、小麦、米、サ
ゴ、タピオカ、ワキシーメイズ(waxy maize)、サトウモ
ロコシ及び高アミロースコーン等を含むあらゆる植物源
より得られるものを含む。スターチ源としてスターチ粉
も用いてよい。また、例えば酸及び/ 又は熱の加水分解
作用により製造されるデキストリン、次亜塩素酸ナトリ
ウムのような酸化剤による処理によって製造される酸化
スターチ、酵素転化もしくは温和な酸加水分解により製
造される流動性もしくは薄沸騰(thin boiling)スター
チ、及び誘導化もしくは架橋したスターチを含む前記の
ものより得られる転化生成物も含まれる。
【００１４】本発明において用いられる高アミロースス
ターチを含むスターチは未改質であっても改質されてい
てもよく、このスターチとは両方のタイプを含むことを
意味する。改質とは、スターチが当該分野において公知
の方法、例えばエステル化、エーテル化、酸化、酸加水
分解、架橋及び酵素転化により誘導化もしくは改質され
ることを意味する。典型的には、改質されたスターチ
は、アセテート及びジカルボン酸の半エステルのような
エステル、特にアルケニル琥珀酸；ヒドロキシエチル及
びヒドロキシプロピルスターチ及び疎水性カチオンエポ
キシドと反応したスターチのようなエーテル；次亜塩素
酸塩により酸化されたスターチ；リンオキシクロライ
ド、エピクロロヒドリン、及びナトリウムもしくはカリ
ウムオルトホスフェートもしくはトリポリホスフェート
との反応により製造されたホスフェート誘導体のような
架橋剤と反応したスターチを含む。スターチのこれら及
び他の従来の改質は、"Starch: Chemistry and Technol
ogy", ２版、Roy L. Whistlerら編、Ｘ章；Starch Deri
vations: Production and Uses by M.W.Rutenbergら、A
cademic Press, Inc. 1984 に記載されている。
【００１５】１つの好ましい実施態様において、スター
チ材料は高アミローススターチ、すなわちアミロースを
少なくとも40重量％、好ましくは少なくとも65重量％含
むものである。
【００１６】特に有利である本発明において用いられる
高アミローススターチの１つの改質は、アルキレンオキ
シド、特に２〜６、好ましくは２〜４個の炭素原子を含
むものによるエーテル化である。エチレンオキシド、プ
ロピレンオキシド及びブチレンオキシドが出発スターチ
化合物のエーテル化に有効な化合物の例であり、プロピ
レンオキシドが特に好ましい。そのような化合物の用い
られる量は所望の特性及び経済性によってきまる。通
常、スターチの重量を基準として15％以下、好ましくは
約10％以下のスターチが用いられる。このように改質さ
れた押し出されたスターチは、改良された発泡、均一性
及び弾性を示した。
【００１７】強度、柔軟性、耐水性、弾性、難燃性、密
度、色等のような特性を改良するため、並びに所望によ
り昆虫及びネズミに対する忌避薬を与えるため、スター
チ出発材料に添加剤を混合してよい。ポリビニルアルコ
ール、モノグリセリド、及びポリ（エチレンビニルアセ
テート）のような化合物が用いてよい添加剤である。難
燃剤について、リン酸ナトリウム、三リン酸ナトリウム
及びリン酸アンモニウムのようなリン含有化合物、並び
に硫酸アンモニウム及びスルファミド酸アンモニウムの
ような硫黄含有化合物を含む、用いてよい多くの公知の
化合物及び種々の化合物が存在する。耐水性は、特に有
効であることがわかったタイプであるスチレンアクリレ
ート樹脂を含む添加剤を用いて改良される。密度並びに
弾性及び柔軟性は、ポリビニルアルコール、ポリビニル
アセテート、ポリウレタン、ポリスチレン、ポリ（エチ
レンビニルアセテート）及びポリビニルピロリドンのよ
うな合成物の混入により改良される。これらの添加剤
は、スターチの押出及び発泡された生成物の全体の特性
が適している限り、所望の特性を満足する量で用いてよ
い。典型的には、約50重量％以下、好ましくは約10重量
％以下の添加剤を用いてよい。添加剤はスターチの乾燥
前又は後のいずれにおいて加えてもよく、それは用いら
れる特定の材料及び条件によりきまる。
【００１８】乾燥される前にスターチ供給材料に加えて
よい他の添加剤は、少量のプレゲル化されたスターチで
ある。この添加される材料は乾燥の間結合剤として作用
し、スターチがその粒度を保つのを助けそして破壊もし
くは分散するのを防ぐ。所望により、約５重量％、より
好ましくは約２〜３重量％が用いられる。
【００１９】本発明の方法により提供される粗粒度を有
するスターチ材料は、種々の押出法において有効であ
る。押出はプラスチック及びスターチ材料を加工するた
めの多くの用途において用いられる公知の方法である。
スターチ押出は、1991年７月30日発行の米国特許第 5,0
35,930号及び1991年８月27日発行の米国特許第 5,043,1
96号に開示されているように、フィルム、発泡製品、食
品、製菓、ゲル化スターチ及び最近の生物分解性成形製
品のような製品の製造において含まれる。
【００２０】本発明により行われる押出は、スターチの
重量を基準として25重量％以下の総水分含量の選ばれた
粗粒度スターチ材料を含む。押出機内の温度は特定の材
料及び用途により異なり、例えば約50〜 300℃である。
好ましい実施態様において、密度が低く、良好な弾性及
び圧縮性を有する均一な、独立気泡構造を有する発泡し
た、生物分解性スターチ製品は、21重量％以下の総水分
含量及び約 150〜 250℃の温度において、高アミロース
スターチ、すなわち少なくとも40重量％、好ましくは少
なくとも65重量％のアミロースを有するスターチの押出
により得られる。
【００２１】押出法の実施に用いられる装置はスクリュ
ータイプ押出機であってよい。一軸もしくは二軸押出機
を用いてよいが、二軸押出機を用いることが好ましい、
そのような押出機は典型的には、一端に取り付けられた
入口及び排出端に取り付けられた成形ダイを有する水平
円筒バレル内に回転するスクリューを有する。二軸スク
リューを用いる場合、それは同時に回転し、互いに噛み
合うか又は噛み合わない。各スクリューはらせん形の羽
根又はねじ切りセクションを含み、典型的には比較的不
快供給セクション及びその先に先細りのセクション及び
比較的浅い一定の深さのセクションを有する。モーター
駆動のスクリューは通常、押出機を材料が通過する際に
この材料を混合、加熱及び剪断できるようにシリンダー
もしくはバレルにぴったり適合している。
【００２２】押出機バレルの長さと共に温度の調節は重
要であり、スクリューの長さと共にゾーン内で調節され
る。熱交換とは、典型的には、油のような加熱された媒
体を循環させるためのバレル壁に取り付けられたチャン
ネル、チャンバーもしくはボアー(bore)のような通路、
又はカロッドもしくはコイルタイプヒーターのような電
気ヒーターが用いられることを意味する。さらに、熱交
換はスクリュー装置のシャフト内もしくはシュフトに沿
って取り付けられる。
【００２３】押出機内において用いられるあらゆるエレ
メントを所望により変えてもよい。押出機のさらなる説
明は、"Encyclopedia of Polymer Science and Enginee
ring", Vol.6, 1986, 571-631 頁に見られる。
【００２４】本発明をさらに以下の実施例により説明す
る。部及びパーセントは重量基準であり、温度は摂氏で
ある。
【００２５】例１ プロピレンオキシド（５％）によりヒドロキシプロピル
化することによって改質された70％アミロースを有する
高アミロースコーンスターチを含むスターチの水性スラ
リー（35％固体）に、2.0 〜2.5 ％のプレゲル化したコ
ーンスターチを加え、コーンスターチが分散するまで混
合した。次いでこのスラリーを回転真空フィルターベッ
ド（Komline-Sanderson 製）に移し、ドラム上に0.5 イ
ンチ(1.27cm)のフィルターケーキを形成し、次いでドラ
ムから引き剥がされるドラムに接続されたストリングス
により除去される。スターチチャンク（約40％水分）の
形状でスターチが除去される前にドラムは約0.75回転で
回転され、スターチは移動するコンベヤー上に落下し、
ベルトドライヤー、Proctor & Schwartz SCF シングル
コンベヤードライヤーを通過する。スターチは0.5 〜２
フィート／min(0.15〜0.61m/min)の速度で運ばれ、循環
空気及びスチームコイルによりドライヤー内で 165〜 2
60°F(73.9〜127 ℃) に加熱される。ドライヤーの末端
において、スターチは冷却セクションを通過し、そこで
約 120°F(49℃) に冷却される。スターチチャンクは約
８％水分に乾燥され、ドライヤーを出た後、ストリング
キャッチャーを通過し、次いで貯蔵ホッパーに入れられ
る。乾燥されたスターチは押出機内での加工にすぐに用
いることができ、以下の粒度分布を有していた。
【００２６】
【表１】
【００２７】例２ 比較のため、同様のスターチサンプルをフラッシュし、
約６〜８％の水分含量に回転乾燥し、以下の粒度分布を
有することがわかった。
【００２８】
【表２】
【００２９】例３ さらに比較のため、押出工程において本発明により製造
されたスターチを用いることの利点を示すため、80メッ
シュ以上の粒度を有する種々の量のスターチにより例１
のようにして製造したスターチのサンプル及び例２のよ
うにしてフラッシュ及び乾燥することにより製造したス
ターチのサンプル（すべて約６〜８％の水分含量を有す
る）を以下の条件において押出機内で加工した。
【００３０】Ｌ／Ｄ＝15、400rpmのスクリュー速度、２
×４mmダイホール及び150/200/350/350/350 °F （65/9
3/177/177/177 ℃）の押出機内の異なるゾーンのバレル
温度を有するAPV-Baker MPV 50mm二軸押出機を用い、以
下の条件でスターチサンプルを加工した。結果を以下に
示す。
【００３１】
【表３】
【００３２】これらの例は、小さな粒度を有するもの
（２Ａ、２Ｂ）と比較し、粗粒度を有するスターチ（１
Ａ、１Ｂ及び１Ｃ）を用い、低総水分において押し出す
際の有利な押出加工条件を示している。これは、75〜90
lbs/hr（34〜41kg/hr)に対する200 〜300lbs/hr(91〜13
6kg/hr) の高い製造速度、並びにより一定な（変化の少
ない）ダイ圧力（充填能を示す）及びトルクにより示さ
れる。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 ノーマン エル．ラコース アメリカ合衆国，インディアナ 46250, インディアナポリス，フラビア テラス 8659，アパートメント ２エー (72)発明者 デビッド イー．ルエック アメリカ合衆国，インディアナ 46118, クレイトン，ボックス 13，ルーラル ロ ード ２ (56)参考文献 特開 平３−10644（ＪＰ，Ａ)

Claims (10)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 スターチの重量を基準として25重量％又
    はそれ以下の総水分含量を有するスターチを押し出し、
    発泡した製品を形成する方法であって、スターチの30重
    量％もしくはそれ以上が少なくとも 180ミクロンの粒度
    を有するような粒度分布を有するスターチを押出機に供
    給することを特徴とする方法。
  2. 【請求項２】 スターチの50重量％以上が少なくとも 1
    80ミクロンの粒度を有する、請求項１記載の方法。
  3. 【請求項３】 押出機に供給されるスターチが約15重量
    ％以下の水分含量を有する、請求項１又は２記載の方
    法。
  4. 【請求項４】 スターチが少なくとも40重量％のアミロ
    ース含量を有するスターチを含む、請求項３記載の方
    法。
  5. 【請求項５】 押出機内のスターチの総水分含量が21重
    量％以下である、請求項４記載の方法。
  6. 【請求項６】 押出機に供給されるスターチが連続ベル
    トドライヤー内で乾燥された水性スターチスラリーであ
    る、請求項１記載の方法。
  7. 【請求項７】 スターチの50重量％以上が少なくとも 1
    80ミクロンの粒度を有する、請求項６記載の方法。
  8. 【請求項８】 押出機に供給されるスターチが約15重量
    ％以下の水分含量を有しそして少なくとも40重量％のア
    ミロース含量を含む、請求項１記載の方法。
  9. 【請求項９】 押出機内のスターチの総水分含量が約５
    〜25重量％でありそして押出機に供給されるスターチが
    約５〜12重量％の水分含量を有する、請求項１記載の方
    法。
  10. 【請求項１０】 押出機に供給されるスターチが連続ベ
    ルトドライヤー内で乾燥された水性スターチスラリーで
    ある、請求項９記載の方法。
JP4313044A 1991-11-25 1992-11-24 低水分条件においてスターチを押し出す方法 Expired - Fee Related JPH0797981B2 (ja)

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US79673991A 1991-11-25 1991-11-25
US796739 1991-11-25

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JPH05227931A JPH05227931A (ja) 1993-09-07
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EP (1) EP0544234B1 (ja)
JP (1) JPH0797981B2 (ja)
KR (1) KR950005392B1 (ja)
AT (1) ATE118019T1 (ja)
AU (1) AU648704B2 (ja)
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